Kategorie-Archiv: Medizin

Wichtiger Erfolg in der Stammzellforschung

Caroline Kubaczka und Professor Dr. Hubert Schorle von der Universität Bonn hoffen, mit ihren Ergebnissen zu einer besseren Behandlung von Fruchtbarkeitsstörungen beitragen zu können. (c) Foto: S. Schneider, 90Grad Photography
Caroline Kubaczka und Professor Dr. Hubert Schorle
von der Universität Bonn hoffen, mit ihren Ergebnissen zu einer besseren Behandlung von Fruchtbarkeitsstörungen beitragen zu können. (c) Foto: S. Schneider, 90Grad Photography

Einem internationalen Team unter Leitung der Universität Bonn ist ein schwieriger Schritt in der Stammzellforschung geglückt: Die Wissenschaftler haben Bindegewebszellen der Maus in Stammzellen der Plazenta umgewandelt. Sie wollen nun mit ihrer Methode auch menschliche Plazentazellen züchten. Sie hoffen, so Störungen der Plazenta-Bildung besser erforschen zu können. Diese sind ein wichtiger Grund für ungewollte Kinderlosigkeit. Die Arbeit wird in dem renommierten Fachjournal „Cell Stem Cell“ veröffentlicht.

Den Forschern der Universität Bonn ist es gelungen, Bindegewebszellen in Stammzellen der Plazenta umzuwandeln. Auf diesem Foto einer Maus-Plazenta sind die umgewandelten Zellen grün angefärbt. (c) Foto: Kubaczka et al, Cell Stem Cell
Den Forschern der Universität Bonn ist es gelungen,
Bindegewebszellen in Stammzellen der Plazenta umzuwandeln. Auf diesem Foto einer Maus-Plazenta sind die umgewandelten Zellen grün angefärbt. (c) Foto: Kubaczka et al, Cell Stem Cell

Nach ihrer Befruchtung beginnt die Eizelle sich zu teilen. Dabei bilden sich schon nach wenigen Tagen zwei völlig unterschiedliche Gewebetypen: der Trophoblast, aus dem später die Plazenta hervorgeht, und der Embryoblast, das werdende Kind. Strenge Kontrollmechanismen verhindern, dass sich Trophoblasten-Zellen in Embryonal-Zellen verwandeln – oder auch umgekehrt. Denn das wäre für die Entwicklung des Kindes verheerend.

Diese strikte Trennung zu überwinden, gilt Stammzellforschern als besonders harte Nuss. Die Forscher aus Bonn, Cambridge und San Sebastian haben sie nun geknackt: Sie gaben zu Bindegewebszellen aus Mäusen einen Cocktail von vier verschiedenen Transkriptionsfaktoren. Transkriptionsfaktoren steuern die Aktivität bestimmter Gene und damit auch die Eigenschaften einer Zelle. Als Reaktion verwandelten sich die Bindegewebs-Zellen innerhalb weniger Tage in plazentale Stammzellen. Dadurch konnten die Forscher Plazenta-Gewebe im Labor züchten.

Hoffnung für Frauen mit Schwangerschaftskomplikationen?

Professor Dr. Hubert Schorle vom Institut für Pathologie der Universität Bonn hofft nun, diese Ergebnisse auch auf menschliche Zellen übertragen zu können. „Bislang ist es nicht möglich, humane Plazenta-Stammzellen in Kultur zu nehmen“, sagt er. „Das ist aber die Voraussetzung dafür, Entwicklungsstörungen der Plazenta besser zu erforschen“, ergänzt Caroline Kubaczka, die Erstautorin der Arbeit. Mit der an der Maus getesteten Methode sollte es im Prinzip möglich sein, Hautzellen des Menschen in teilungsfähige Plazenta-Stammzellen umzuwandeln. Langfristig könnte man so Ursachen für genetisch bedingte Komplikationen während der Schwangerschaft untersuchen. Das würde den Weg ebnen, um etwa neue Therapien gegen Störungen der Plazenta zu entwickeln.

Die Ergebnisse dieser Studie fließen in eine Stammzell-Datenbank am Harvard Stem Cell Institute ein. Dort werden systematisch Experimente erfasst, in denen es um die Reprogrammierung von Zellen geht. Die Datenbank bildet somit die Grundlage eines „biologischen Navigationssystems“: Mithilfe der dort gesammelten Erkenntnisse werde man in Zukunft in der Lage sein, alle Zelltypen im Organismus gezielt in einen beliebigen anderen Zelltypus umwandeln zu können, hofft Schorle. „Mit Arbeiten wie unserer werden somit die Grundlagen für Therapien der regenerativen Medizin von morgen gelegt.“

Publikation: Caroline Kubaczka, Claire E. Senner, Monika Cierlitza, Marcos J. Araúzo-Bravo, Peter Kuckenberg, Michael Peitz, Myriam Hemberger, Hubert Schorle: Direct induction of trophoblast stem cells from murine fibroblasts; Cell Stem Cell; DOI: 10.1016/j.stem.2015.08.005

Unnötige radiologische Untersuchungen vermeiden

Auch sehr niedrige Belastungen durch Röntgenstrahlen und Radioaktivität können Blutkrebs verursachen. Das ergab eine Studie an über 300 000 Angestellten von Atomkraftwerken. Jede zusätzliche Dosis von zehn Millisievert erhöht demnach das Erkrankungsrisiko um relative drei Prozent, berichtet die „Apotheken Umschau“. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, keine unnötigen radiologischen Untersuchungen durchzuführen.

Nervenzellen auf der Überholspur

    Auf dem Bild sind die Dopamin produzierenden Neurone     zu erkennen (rot). Blau sind die Nervenzellen, die Glutamat für die Signalweiterleitung verwenden. © Foto: Life & Brain
Auf dem Bild sind die Dopamin produzierenden Neurone
zu erkennen (rot). Blau sind die Nervenzellen, die Glutamat für die Signalweiterleitung verwenden. © Foto: Life & Brain

Dopamin produzierende Neurone beeinflussen zahlreiche wichtige Gehirnfunktionen, und bei Erkrankungen wie Parkinson und Schizophrenie ist die Dopamin-Signalübertragung im Gehirn beeinträchtigt. Forscher der Universität Bonn und des Uniklinikums Bonn haben nun an Mäusen beobachtet, wie sich eine spezielle Form dieser wichtigen Zellen bildet und welche Netzwerke sie im Lauf der Gehirnentwicklung ausbildet. Dabei entdeckten die Wissenschaftler eine Art Datenautobahn: Diese Nervenzellen nutzen nicht nur Dopamin zur Signalübertragung, sondern auch das deutlich schnellere Glutamat. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal „Nature Neuroscience“ veröffentlicht.

Das Bild zeigt die Verknüpfungen, die von den Dopamin produzierenden Zellen in den präfrontalen Cortex reichen (rot). Grün eingefärbt sind Zellen, die mit einem lichtempfindlichen Protein markiert wurden. © Foto: Life & Brain
Das Bild zeigt die Verknüpfungen,
die von den Dopamin produzierenden Zellen in den präfrontalen Cortex reichen (rot). Grün eingefärbt sind Zellen, die mit einem lichtempfindlichen Protein markiert wurden. © Foto: Life & Brain

Dopamin produzierende Neurone nehmen eine Schlüsselrolle in der Signalübertragung ein: Während der Gehirnentwicklung reifen sie zu mehreren spezialisierten Subtypen heran, die als eine Art Netzwerker zu zahlreichen anderen wichtigen Gehirnregionen Verknüpfungen herstellen. Ihr Name rührt daher, weil sie Dopamin als Botenstoff nutzen. Dieser Neurotransmitter ist sehr wichtig: Er beeinflusst Bewegungssteuerung, Belohnungsvehalten und andere Funktionen des Gehirns, wie zum Beispiel Motivation und Impulsivität. Bei Erkrankungen wie Parkinson und Schizophrenie kommt es zum Absterben der Dopamin-Neurone beziehungsweise zu Störungen in der Dopamin-Signalübertragung.

Wissenschaftler der Universität Bonn haben nun in einer Kooperation mit Kollegen des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE), dem Life & Brain Zentrum Bonn sowie der Universität Bochum im Tiermodell eine Art Datenautobahn entdeckt. „Während die Signalübertragung zwischen den Nervenzellen mittels Dopamin vergleichsweise langsam ist, haben die von uns untersuchten Dopamin produzierende Neurone zusätzlich Glutamat als Botenstoff benutzt“, berichtet Milan Pabst vom Labor für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung des Universitätsklinikums Bonn. „Außerdem konnten wir erstmals Einblicke in die Entwicklungsgeschichte dieser Nervenzell-Subtypen gewinnen“, sagt Privatdozentin Dr. Sandra Blaess vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie des Life & Brain Zentrums der Universität Bonn.

Forscher regten einzelne Nervenzellen durch Lichtreize an

Mit gentechnologischen Methoden koppelten die Wissenschaftler die Dopamin produzierenden Neuronen von Mäusen mit lichtempfindlichen Proteinen. Dadurch konnten sie einzelne dieser Dopamin-Nervenzellen mit Lichtreizen anregen und den Signalweg weiterverfolgen. „Mittels des Glutamats wurden im präfrontalen Cortex lokale hemmende Neurone aktiviert“, berichtet Pabst. Der präfrontale Cortex ist so etwas wie das Kontrollzentrum im Gehirn, in dem zum Beispiel Aufmerksamkeit und Entscheidungsfindung erfolgen sowie auch das Arbeitsgedächtnis seinen Sitz hat.

Die durch das Glutamat aktivierten hemmenden Neurone sind wiederum für die Regulation der Signalübertragung im Präfrontalen Cortex zuständig: Sie entscheiden zum Beispiel mit darüber, ob ein Signal weitergeleitet wird. „Deshalb kommt dem identifizierten Glutamatweg bei der Signalverarbeitung im präfrontalen Cortex eine zentrale Bedeutung zu“, sagt Prof. Dr. Heinz Beck vom Labor für Experimentelle Epileptologie und Kognitionsforschung des Bonner Uniklinikums.

„Es ist weitgehend unklar, wie verschiedene Subtypen von Dopamin-produzierenden Neuronen entstehen“, berichtet Dr. Blaess. Daher untersuchten die Wissenschaftler die Entwicklungsgeschichte der Dopamin produzierenden Nervenzellen, indem sie in den Mäusen ein Gen stumm schalteten. „In den Tieren konnten daraufhin keine Vorläuferzellen mehr produziert werden, aus denen die Dopamin-Nervenzellen, die das wichtige Netzwerk zur Schaltzentrale im präfrontalen Cortex aufbauen, hervorgehen“, sagt Dr. Anna Kabanova, frühere Mitarbeiterin von Dr. Blaess.

Mäuse mussten ein aufblinkendes Licht anstupsen

Welche Auswirkungen hatten die fehlenden Dopamin produzierenden Zellen? Das testeten die Wissenschaftler zusammen mit dem Team von Prof. Dr. Magdalena Sauvage von der Ruhr-Universität Bochum in Aufmerksamkeitsversuchen. Die Mäuse wurden mit Futter belohnt, wenn sie möglichst rasch ein aufblickendes Licht anstupsten. „Die Ergebnisse zeigten, dass die Tiere, in denen genetisch die Dopamin produzierenden Zellen ausgeschaltet waren, keine offensichtliche Veränderung in ihrer Aufmerksamkeit und Impulskontrolle, aber ein deutlich verstärktes Beharren auf bereits einstudierten Verhaltensmustern aufwiesen“, sagt Prof. Sauvage.

Ein krankhaftes Festhalten an Vorstellungen oder die Wiederholung von Wörtern oder Bewegungen in unpassenden Zusammenhängen tritt auch bei psychischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen oder Schizophrenie auf, in denen die Funktion des präfrontalen Cortex gestört ist. „Unsere Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Entwicklung und Funktion der Dopamin produzierenden Neurone und möglicherweise damit zusammenhängender Erkrankungen bei“, sagt Dr. Blaess.

Publikation: Function and developmental origin of a mesocortical inhibitory circuit, Nature Neuroscience, DOI: 10.1038/nn.4020

Lungenmedikament macht Mäuse schlank

        Wärmebilder:         Die Maus (links) weist eine Oberflächentemperatur von bis zu 32 Grad Celsius auf. Sie verfügt über zahlreiche braune Fettzellen, die Nahrungsenergie verbrennen und in Wärme verwandeln. Bei dem Tier rechts wurde ein Enzym ausgeschaltet, das den Botenstoff cGMP herstellt, der wichtig für die Ausbildung und Funktion von braunem Fettgewebe ist. Die Oberflächentemperatur der rechten Maus ist deshalb deutlich niedriger. (c) Foto: Linda S. Hoffmann/Uni Bonn          Wärmebilder:         Die Maus (links) weist eine Oberflächentemperatur von bis zu 32 Grad Celsius auf. Sie verfügt über zahlreiche braune Fettzellen, die Nahrungsenergie verbrennen und in Wärme verwandeln. Bei dem Tier rechts wurde ein Enzym ausgeschaltet, das den Botenstoff cGMP herstellt, der wichtig für die Ausbildung und Funktion von braunem Fettgewebe ist. Die Oberflächentemperatur der rechten Maus ist deshalb deutlich niedriger. (c) Foto: Linda S. Hoffmann/Uni Bonn
Wärmebilder:Die Maus (links) weist eine Oberflächentemperatur von bis zu 32 Grad Celsius auf. Sie verfügt über zahlreiche braune Fettzellen, die Nahrungsenergie verbrennen und in Wärme verwandeln. Bei dem Tier rechts wurde ein Enzym ausgeschaltet, das den Botenstoff cGMP herstellt, der wichtig für die Ausbildung und Funktion von braunem Fettgewebe ist. Die Oberflächentemperatur der rechten Maus ist deshalb deutlich niedriger. (c) Foto: Linda S. Hoffmann/Uni Bonn

Wie lassen sich Fettzellen einfach abschmelzen?

Wie lassen sich Fettzellen einfach abschmelzen? Im Kampf gegen starkes Übergewicht und Folgeerkrankungen wie Diabetes suchen Wissenschaftler nach neuen Wegen. Einem Forscherteam ist nun unter Federführung der Universität Bonn gelungen, mit einem neuen Medikament lästige weiße Fettzellen in Heizaggregate zu verwandeln, die überschüssige Energie verbrennen. Wurden übergewichtige Mäuse mit dem Wirkstoff behandelt, verloren sie binnen sechs Wochen zwölf Prozent an Gewicht. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.

Von Fettleibigkeit ist eine zunehmende Zahl von Menschen betroffen. Eines der großen Probleme sind die zahlreichen Folgeerkrankungen: Für stark Übergewichtige steigt das Risiko, zum Beispiel an Diabetes zu erkranken sowie einen Herzinfarkt oder Schlaganfall zu erleiden. „Wissenschaftler suchen deshalb fieberhaft nach einem Weg, wie sich starkes Übergewicht auf Dauer reduzieren lässt, um die drastischen gesundheitlichen Folgen in den Griff zu bekommen“, sagt Prof. Dr. Alexander Pfeifer, Direktor des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Bonn.

Seit Jahren forscht der Wissenschaftler daran, wie sich unerwünschte weiße Fettzellen in erwünschte braune Fettzellen umwandeln lassen. Während weiße Fettzellen vor allem in den „Problemzonen“ an Bauch und Hüften angesiedelt sind und häufig verschiedenste gesundheitliche Folgen – wie Diabetes, Herzinfarkt und Krebs – mit sich bringen, wirken die braunen Fettzellen als eine Art Heizaggregat: Sie verbrennen besonders viel Nahrungsenergie und erzeugen Wärme. „Wenn es gelingt, weiße in braune Fettzellen umzuwandeln, lassen sich auch überflüssige Pfunde einfach abschmelzen“, sagt Prof. Pfeifer. Die Wissenschaftler der Universität Bonn haben in diesem Zusammenhang bislang mehrere Angriffspunkte in den Signalwegen des Stoffwechsels entschlüsselt.

Wirkstoff kurbelt Fettverbrennung an

Einen neuartigen Weg, braunes Fett anzukurbeln und auch weißes Fett zu „bräunen“, hat nun ein Team um Prof. Pfeifer mit Wissenschaftlern der Deutschen Sporthochschule Köln, des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, der Universität Würzburg und der Bayer Pharma AG herausgefunden. „In früheren Studien haben wir bereits im Tiermodell nachgewiesen, dass der Botenstoff cGMP die Bräunung der weißen Fettzellen fördert“, berichtet Prof. Pfeifer. Wie lässt sich aber im Organismus der cGMP-Spiegel erhöhen, um die Fettverbrennung anzukurbeln?

Als neuen Ansatzpunkt griffen die Forscher nun auf eine neue Substanz (BAY-41-8543) zurück: Ein strukturell sehr ähnlicher Wirkstoff wird gegen Lungenhochdruck eingesetzt, er weitet die Blutgefäße und senkt damit den Blutdruck in der Lunge. Die Wirkung beruht auf dem Schlüsselbotenstoff cGMP, der auch mit der Fettumwandlung zusammenhängt. „Deshalb lag es nahe, diese viel versprechende Substanzklasse an Fettzellen zu testen“, sagt Prof. Pfeifer. Die Forscher mischten den Wirkstoff stark übergewichtigen Mäusen ins Futter: Daraufhin nahm tatsächlich die Masse des weißen Fettgewebes in den Tieren ab und die Zahl energiezehrender brauner Fettzellen zu.

Gesundheitszustand der Tiere verbesserte sich insgesamt

„Nach sechs Wochen haben die mit dem Medikament behandelten Mäuse zwölf Prozent an Gewicht verloren“, fasst der Pharmakologe das Resultat zusammen. Dr. Linda S. Hoffmann, eine der Erstautorinnen aus dem Team von Prof. Pfeifer, berichtet, dass sich darüber hinaus der Gesundheitszustand der zuvor fettleibigen Tiere insgesamt verbessert habe: „Tests zeigten, dass sich Anzeichen für Diabetes II wie Glukoseintoleranz bei denjenigen Tieren reduzierte, die aufgrund des Wirkstoffs an Gewicht verloren hatten.“ Zudem hatten sich bei dieser Gruppe auch die weißen Fettzellen verkleinert und die Tiere lagerten weniger Fett in die Leber ein.

„Wir haben hinsichtlich der Substanzgruppe, zu der auch das bereits zugelassene Lungenmedikament gehört, sehr interessante Ergebnisse für die Grundlagenforschung gewonnen“, sagt Prof. Pfeifer. Ob die Substanz auch im Menschen unerwünschte weiße in erwünschte braune Fettzellen umwandelt, müsse erst noch bewiesen werden. „Das ist Zukunftsmusik – weitere intensive Forschung ist erforderlich“, sagt der Wissenschaftler der Universität Bonn.

Publikation: Stimulation of soluble guanylyl cyclase protects against obesity by recruiting brown adipose tissue, Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8235

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